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大功率光纤激光合成的相干性研究

张红  
【摘要】:采用光纤熔融拉锥组束合成的方法实现光纤激光的相干合成属于被动相干合成,其相对于主动相干合成而言,系统结构简单,不需要经过复杂的相位调制。由于熔融拉锥的方法原理复杂,制作工艺还不是很成熟,目前国内很少有单位采取这种方法进行相干合成,近些年发展缓慢。但是,由于熔融拉锥这种方法结构上的独特优势,一旦取得了理想的效果,这种被动相干合成的方法将是由最简单的方式获得相干合成的最佳方法。为此,在实验室中搭建了基于熔融拉锥的方法实现相干合成的系统,并进行了相关研究。 本论文基于熔融拉锥方法实现相干合成,本人的主要工作内容有: 1.详细阐述了光纤激光被动相干合成理论,从原理上分析了这种方法的可行性,并理论模拟了两路和三路光纤激光的相干合成远场场强分布。模拟了光纤激光熔融拉锥相干合成的光谱变化,分析了光纤光栅中心波长差对相干合成的影响。 2.实验室拉制了光纤耦合器,搭建了实验系统,并从光谱上观察到相干合成的现象。实验中发现当两路光束的中心波长差小于0.3nm,且两纤芯间的间距较近时,两路光纤间有倏逝波耦合发生,实现了两路光纤激光的相干合成。合成光束的光谱不再是两单路光束光谱的简单叠加,部分模式在模式竞争中被抑制,输出光束的模式中有些模式被激发。 3.在对现有的光束质量的评价方法进行分析的基础上,给出了一种适合相干合成光光束质量的评价方法,并对影响相干合成光光束质量的因素进行了理论分析。包括合成激光阵列的数目、合成激光阵列的占空比对光束质量的影响。通常都是用条纹对比度来表示光束的相干度,从理论上分析了相干度与条纹对比度的关系。 4.采用国产器件研制了468W全光纤激光器,并对该单路光纤激光的光谱特性和功率稳定性进行了分析。实验中也采用国产光纤实现了单路光纤激光器的768W高功率输出。


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